未来高速光网络要求避免电子瓶颈,实现全光信号处理,而全光逻辑门作为其中的关键器件,近年来受到越来越广泛的关注。半导体光放大器(SOA)因其体积小、工作波长范围宽、响应时间短等优点,成为研制高速全光逻辑器件的首选。本文在国家基础研究重大发展项目(G2000036605)、国家高科技发展项目(G2002AA312160)、国家自然科学基金(G60407001)的支持下,对基于半导体光放大器的全光逻辑门进行了较为完善的理论和实验研究,取得了一定的研究成果。主要内容及研究成果如下:(1)在广泛查阅大量国内外文献的基础上,阐述了全光逻辑门的研究背景、全光逻辑门在全光网络中的应用,综述了国内外基于半导体光放大器实现全光逻辑门的研究概况,提出了两个交叉增益调制型全光逻辑门的新型方案。(2)从载流子浓度的速率方程和光功率传输方程出发,基于半导体光放大器的分段模型,研究了半导体光放大器的静态和动态增益特性。(3)提出了一个用半导体光纤环形腔实现全光或非门的新型方案。建立了半导体光纤环形腔的理论模型,并在此基础上模拟了全光或非门的工作过程,对理论计算的结果进行了分析和讨论。最后在实验上进行了验证,得到10Gb/s、20Gb/s和40Gb/s的逻辑或非的实验结果,分析了一些重要实验参数对实验结果的影响。(4)提出了一个用级联单端半导体光放大器实现全光与门和或非门的新型方案。建立了级联单端半导体光放大器方案的理论模型,并在此基础上模拟了全光逻辑与和逻辑或非的工作过程,并对理论计算结果进行了分析和讨论。最后在实验上进行了验证,分别得到20Gb/s逻辑与和逻辑或非的实验结果,并分析了一些重要实验参数对实验结果的影响。实验结果和理论模拟结果符合较好。